Разработка выемок лобовым забоем экскаватором

ТИПОВАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА (ТТК)
РАЗРАБОТКА ВЫЕМОК ЛОБОВЫМ ЗАБОЕМ ЭКСКАВАТОРОМ
ЭО-3322Б, ОБОРУДОВАННЫМ ОБРАТНОЙ ЛОПАТОЙ И
ПОГРУЗКА ГРУНТА В ОТВАЛ
1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Типовая технологическая карта разработана на разработку выемок лобовым
забоем экскаватором ЭО-3322Б, оборудованным обратной лопатой и погрузка
грунта в отвал.
РАЗРАБОТКА ГРУНТОВ ЗЕМЛЕРОЙНЫМИ МАШИНАМИ
Технологический процесс устройства выемки включает разработку грунта с
погрузкой в транспортные средства или на бровку выемки, транспортировку
грунта, планировку дна и откосов.
Выбор способа разработки грунта и схемы комплексной механизации зависит
от объемов и сроков выполнения работ, вида грунта, геометрических параметров
земляного сооружения и условий производства работ.
При комплексно-механизированной разработке грунта кроме ведущей
землеройной машины в комплект включаются также вспомогательные машины
для транспортировки грунта, планировки и т.д.
В качестве ведущей машины при разработке постоянных выемок
значительной глубины, котлованов и траншей больших размеров принимают
одноковшовый экскаватор. Для транспортировки грунта используют чаще всего
автосамосвалы, а также железнодорожный транспорт, конвейерный и
гидравлический. Количество транспортных средств и схема их подачи к
экскаватору назначаются из условия обеспечения бесперебойной работы
экскаватора.
Для зачистки дна выемки, разравнивания грунта и обратной засыпки пазух
используются, как правило, бульдозеры.
Технологические возможности экскаватора зависят от вида рабочего
оборудования, системы его привода и главного параметра-емкости ковша.
Рекомендации по выбору емкости ковша и других параметров экскаватора в
зависимости от объема выемки приводятся в нормативной и справочной
литературе по земляным работам.
Для выемок значительных объемов принимают экскаваторы с большой
емкостью ковша. При разработке обводненных грунтов предпочтительнее
применять экскаваторы с рабочим оборудованием "обратная лопата", "драглайн".
Разработку грунта в глубоких траншеях с креплением вертикальных стенок, а
также в опускных колодцах целесообразно производить грейферным ковшом.
Экскаваторы с гидравлической системой привода рабочего оборудования
позволяют обеспечить высокую точность геометрических параметров выемки и
большие возможности автоматизации процесса работы машины.
Пространство, в котором размещается экскаватор и происходит разработка
грунта, называют экскаваторным забоем. Профиль экскаваторных забоев и их
геометрические параметры для основных видов рабочего оборудования
экскаватора представлены на рис.1.
Рис.1. Профили забоя экскаваторов с различным рабочим оборудованием:
а - прямая лопата с канатным управлением рабочим оборудованием; б - обратная
лопата; в - драглайн; г - грейфер; д -профиль забоя прямой лопаты с
гидравлической системой управления; е - то же, обратная лопата; ж - грейфер;
- радиус копания;
- радиус выгрузки; +
копания;
- высота копания; -
- глубина
- высота выгрузки
При проектировании производства работ размеры забоя назначают из
условий обеспечения максимальной производительности экскаватора за счет
сокращения времени рабочего цикла. Для этого высота (глубина) забоя должна
обеспечивать заполнение ковша с "шапкой" за одну операцию резания грунта,
угол поворота для разгрузки ковша должен быть минимальным и т.д.
Выемка, образующаяся в результате последовательной разработки грунта
при периодическом передвижении экскаватора в забое, называется экскаваторной
проходкой.
В зависимости от расположения экскаватора относительно забоя и его
перемещения в процессе разработки грунта проходка может быть лобовой
(торцовой) или боковой.
Траншеи разрабатываются, как правило, за одну лобовую проходку.
Разработка котлованов выполняется одной или несколькими параллельными
проходками. При значительной глубине выемки она разрабатывается ярусами,
постепенно углубляясь до образования проектного контура котлована (рис.2).
Рис.2. Схемы экскаваторных проходок с рабочим оборудованием "прямая лопата":
а - лобовая (торцовая) проходка; б - то же, с двусторонним расположением
транспорта; в - уширенная лобовая проходка с движением экскаватора "зигзаг";г поперечно-торцовая проходка; д - боковая проходка; е - разработка котлована по
ярусам:
I, II, III, IV - яруса разработки;
1 - экскаватор; 2 - автосамосвал; 3 - направление движения транспорта
В зависимости от геометрических параметров выемки и характеристики
рабочего оборудования экскаватора назначают вид, размеры и количество
проходок.
Одноковшовые экскаваторы с рабочим оборудованием "прямая лопата"
целесообразно применять для разработки выемок значительных размеров при
отсутствии грунтовых вод или незначительном их притоке.
При разработке грунта с погрузкой в транспорт "прямая лопата" - наиболее
производительный вид рабочего оборудования. Экскаватор с таким
оборудованием размещается на подошве забоя и разрабатывает грунт выше
уровня стоянки. Разработка грунта, как правило, осуществляется с погрузкой в
транспортные средства, которые могут располагаться на одном уровне с
экскаватором или выше подошвы забоя.
В зависимости от ширины котлована лобовая проходка экскаватора может
быть прямолинейной, зигзагообразной и поперечно-торцовой. Боковая проходка
применяется при разработке широких котлованов. Очертания выемки при
различных проходках представлены на рис.2. Ширина лобовых проходок
определяется по формулам:
для лобовой прямолинейной
;
для зигзагообразной
;
для поперечно-торцовой
;
для боковой
,
где:
- оптимальный радиус резания экскаватора;
- длина рабочей передвижки экскаватора;
- радиус резания на уровне стоянки;
- количество поперечных передвижек экскаватора;
- коэффициент откоса;
- высота забоя.
Для въезда в котлован устраивают траншею с уклоном 10-15° и шириной до
3,5м при одностороннем движении и до 8м при двустороннем.
Экскаваторы с рабочим оборудованием "обратная лопата" и драглайн
разрабатывают выемки (котлованы, траншеи и др.) любой ширины и глубиной, не
превышающей максимальной глубины резания. Поярусная разработка выемки
при этом виде оборудования, как правило, не практикуется. Экскаватор
размещается выше забоя, что облегчает разработку мокрых и обводненных
грунтов.
Экскавация грунта может осуществляться в направлении, совпадающем с
перемещением экскаватора, - торцовой проходкой и перпендикулярно
направлению перемещения - боковой. В последнем случае глубина разработки
меньше, чем при торцовой. Схемы проходок и их размеры представлены на рис.3.
Рис.3. Схемы проходок экскаватора с рабочим оборудованием "драглайн" и
"обратная лопата":
а - лобовая проходка; б - уширенная лобовая; в - поперечно-торцовая; г - боковая
проходка; д - разработка котлована двумя лобовыми проходками;
I и II - последовательность проходок;
1 - экскаватор; 2 - автосамосвал
Грунт разрабатывают с погрузкой в транспорт или в отвал. Драглайн более
производительно работает с перемещением грунта в отвал или насыпь.
Многоковшовые экскаваторы - землеройные машины непрерывного действия,
наиболее эффективные при разработке выемок постоянного поперечного сечения
и большой протяженности.
Экскаваторы поперечного копания используют, как правило, при разработке
карьеров, больших котлованов, прокладке каналов, планировке откосов
постоянных выемок значительных размеров и т.д.
РАЗРАБОТКА ГРУНТА ЭКСКАВАТОРАМИ
Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами. В промышленном и
гражданском строительстве применяют экскаваторы с ковшом вместимостью от
0,15 до 2, реже до 4 м . Они имеют комплект сменного оборудования,
включающий прямую и обратную лопаты, драглайн и грейфер. Кроме того, стрела,
входящая в комплект драглайна и грейфера, может быть оборудована грузовым
крюком или клином-бабой.
Прямая лопата представляет собой открытый сверху ковш с режущим
передним краем, жестко насаженный на рукоять, которая шарнирно соединена со
стрелой машины и выдвигается вперед с помощью напорного механизма.
Опорожняется ковш путем открывания его днища. Такая конструкция прямой
лопаты обеспечивает ей наибольшую производительность. Для рыхления грунта
режущий край ковша снабжен зубьями. Это относится ко всем видам сменного
оборудования, но выпускаются ковши и без зубьев - со сплошной (обычно
полукруглой) режущей кромкой. При разработке грунтов I и II групп экскаватор
может быть оборудован ковшом увеличенного объема. Разрабатывают грунт,
когда экскаватор стоит на дне разрабатываемого забоя. На небольшую глубину он
может отрывать грунт и ниже горизонта стояния, для чего устраивают пандус,
позволяющий установить машину в забое выемки.
Обратная лопата - это открытый снизу ковш с режущим передним краем,
жестко насаженный на рукоять, шарнирно соединенную (без напорного
механизма) со стрелой. По мере протягивания назад ковш заполняется грунтом.
Затем при вертикальном положении рукояти ковш переводят к месту выгрузки и
разгружают путем подъема с одновременным опрокидыванием. Рабочая зона
расположена ниже горизонта стояния машины. Современные модели
экскаваторов с обратной лопатой имеют гидропривод, позволяющий ковшу
поворачиваться относительно рукояти.
Ковш драглайна навешивают на канатах на удлиненную стрелу кранового
типа. Ковш забрасывают в выемку на расстояние, несколько превышающее длину
стрелы, его заполняют грунтом путем подтягивания по поверхности к стреле.
Затем ковш поднимают в горизонтальное положение к стреле и поворотом
машины переводят на место разгрузки. Опорожняется ковш при ослаблении
тягового каната. Драглайном можно разрабатывать грунт не только сильно
насыщенный влагой, но и находящийся под слоем воды.
Грейфер представляет собой ковш с двумя или более лопастями и канатным
приводом, принудительно смыкающим эти лопасти. Грейфер навешивают на
такую же стрелу, что и драглайн. С помощью грейфера можно разрабатывать
выемки с вертикальными стенками. При повороте стрелы ковш перемещается к
месту разгрузки и опорожняется при принудительном раскрытии лопастей.
Грейфер погружается в грунт только за счет собственной массы ковша. Грейфер
применяют обычно для разработки грунтов малой плотности (I и II группы) и
находящихся под водой. Более плотные грунты предварительно необходимо
рыхлить.
Производительность одноковшового экскаватора снижается по мере
увеличения плотности грунта. Кроме того, она зависит от способа разработки
грунта (при работе "на вымет" производительность повышается, при погрузке на
транспортные средства - снижается), вместимости ковша и конструктивного
решения кромки ковша. Экскаваторы с ковшами малой вместимости (до 0,5 м )
обслуживает один машинист; их применяют только для разработки грунтов I...III
групп. Более мощные экскаваторы обслуживают машинист и его помощник. Они
могут разрабатывать (кроме грейфера) грунты всех шести групп (наиболее
плотные - после предварительного рыхления).
Производительность экскаватора можно повысить, уменьшив угол поворота
стрелы и увеличив вместимость ковша. Для этого необходимо максимально
заполнять ковш грунтом (с "шапкой"), а также совмещать процессы резания грунта
с поворотом стрелы и др.
Разработанный одноковшовыми экскаваторами грунт перевозят самосвалы,
тракторы с прицепами, железнодорожные составы, гидравлический транспорт,
реже - ленточные конвейеры.
При транспортировании грунта ленточными конвейерами загрузочное звено
конвейера устанавливают параллельно оси проходки экскаватора, а погрузочный
ковш-питатель перемещают вдоль загрузочного звена по мере продвижения
экскаватора. При перемещении экскаватора на следующую заходку загрузочное
звено отрихтовывают в новое положение. При погрузке в железнодорожные
составы рельсовый путь следует укладывать параллельно оси проходки
экскаватора. График движения землевозных составов должен быть сделан таким
образом, чтобы перерывы между отправлением загруженного состава и подачей
порожнего были минимальными, и состав передвигался по мере загрузки вагонов.
Обычно в автосамосвал входит 3-6 ковшей грунта. Допустимый недогруз не
должен превышать 10%, перегруз - 5%.
Массу грунта, погружаемого за один цикл работы экскаватора, определяют по
формуле:
,
где:
- геометрическая вместимость ковша, м ;
- плотность грунта, т/м ;
- коэффициент разрыхления;
- коэффициент использования вместимости ковша (отношение объема
грунта в плотном состоянии, разрабатываемого за один цикл, к геометрической
вместимости ковша).
Число автомобилей или автопоездов, необходимых для обеспечения
бесперебойной работы экскаватора, рассчитывают по формуле:
где:
- продолжительность, соответственно, установки машины под
нагрузку, нагрузки машины экскаватором, пробега машины в оба конца при
заданном расстоянии, мин; при L, км, и средней скорости движения , км/ч,
- продолжительности соответственно установки машины под
разгрузку, разгрузки машины, технологических перерывов, возникающих во время
рейса (маневры, пропуск встречного транспорта на разъезде, ожидание), мин.
Продолжительность нагрузки
автосамосвала колеблется в широких
пределах в зависимости от числа ковшей, погружаемых в кузов, рода грунта,
среднего угла поворота машины при погрузке и типа экскаватора:
IV. Техника безопасности при передвижении экскаватора
1. Самостоятельный спуск и подъем экскаваторов осуществляется только под
углом, не превышающим указанный в таблице. Спуск и подъем под углом
большим, чем указано в таблице необходимо производить при помощи трактора
или лебедки в присутствии механика, прораба или мастера.
2. Путь, по которому будет передвигаться экскаватор, должен быть заранее
выровнен и спланирован, а на слабых грунтах усилен щитами или настилом из
досок, брусьев или шпал. У таких сооружений, как мосты, трубопроводы, насыпи и
др. необходимо предварительно проверить прочность и получить разрешение от
соответствующей организации на перемещение по ним экскаватора.
Марка экскаватора
Угол подъема в градусах
Э-153
16
Э-302
22
Э-652
22
Э-1252
20
3. Во время движения экскаватора стрелу его необходимо устанавливать
строго по направлению хода, а ковш приподнимать над землей на 0,5-0,7 м,
считая от нижней кромки ковша. Передвижение экскаватора с нагруженным
ковшом запрещается.
4. Передвижение экскаватора вблизи и под линиями электропередач должно
производиться под наблюдением инженерно-технического работника.
5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
Производительность экскаватора ЭО-3322Б при разработке выемок и
выгрузке грунта в отвал приведена в табл.3.
Таблица 3
Производительность
Нормальная
Удлиненная
рукоять при
рукоять при
ковше
ковше
емкостью, м
емкостью, м
0,5
0,63
0,2
0,4
0,2
II группы
90,3
110,0
-
-
38,0
IV группы
61,0
-
24,4
48,8
-
Техническая, м /ч, в
грунтах
Эксплуатационная, м
/ч, в грунтах
II группы
38,5
47,6
-
-
15,4
IV группы
24,4
-
9,8
19,5
-
Технико-экономические показатели при разработке грунта с выгрузкой его в
отвал приведены в табл.4
Таблица 4
Наименование
Нормальная
Удлиненная
рукоять при
рукоять при
ковше
ковше
емкостью, м
емкостью, м
0,5
0,63
0,2
0,4
0,2
II группы
2,6
2,1
-
-
6,5
IV группы
4,1
-
10,2
5,1
-
II группы
2,6
3,4
-
-
6,5
IV группы
4,1
-
10,2
5,1
-
II группы
315,5
390,4
-
-
126,2
IV группы
200,0
-
80,4
160,8
-
Затраты труда на
100 м , чел.-ч, в
грунтах
Затраты
машинного
времени на 100м
, маш - час, в
грунтах
Выработка на 1
чел.-день. м , в
грунтах
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
СНиП 3.01.01-85*. Организация строительного производства.
СНиП 12-03-2001 Безопасность труда в строительстве. Ч.1. Общие
требования.
СНиП 12-04-2002. Безопасность труда в строительстве.
Ч.2. Строительное производство.
ГОСТ 12.3.033-84. ССБТ. Строительные машины. Общие требования
безопасности при эксплуатации.
ППБ 01-03. Правила пожарной безопасности в Российской Федерации.
При разработке авторского материала использованы: техническая
документация и справочная информация справочно-консультационной системы
"Стройтехнолог".
Электронный текст документа подготовлен ЗАО "Кодекс"
и сверен по авторскому материалу.
Автор: Демьянов А.А. - к.т.н., преподаватель
Военного инженерно-технического университета,
Санкт-Петербург, 2006